燒結鋯質耐火磚包括鋯剛玉磚、燒結鋯英石磚、燒結鋯莫來石磚，下面請看詳細介紹。

燒結鋯剛玉磚的組成、性能及工藝流程

燒結鋯剛玉磚以鋯英石和氧化鋁為原料，ZrO2含量一般在20%以下。鋯英石和氧化鋁在1400?1450℃發(fā)生下列固相反應：

3Al2O3+2ZrSiO4→3Al2O3·2SiO2+2ZrO2

實現(xiàn)由莫來石和斜鋯石(含部分t-ZrO2)構成的兩相均勻分布的顯微結構。該不可逆反應亦被稱為原位反應。反應開始溫度的實測值為1397℃;1400?1425℃和1500℃。盛緒敏等的研究結果指出，該反應開始溫度為1380℃，生成莫來石;溫度達1400?1420℃，反應完全的體積效應為?V+16.4%，即：

①生成物莫來石+t-ZrO2體積膨脹為?V+13.87%;

②當t-ZrO2→m-ZrO2相變時的終體積效應為?V+16.4%。

20世紀60年代，美國生產的原型燒結AZS制品，即依據(jù)ZrSiO4-Al2O3系反應燒結原理。所用原料為鋯英石細粉、T-氧化鋁顆粒和煅燒氧化鋁細粉。借助于鋯英石和煅燒氧化鋁之間的反應燒結而形成ZrO2-莫來石基質，遂成3相材料。制品的ZrO2含量為19.5%、Al2O3為70.0%、SiO2為10.2%，表明原料很純且無其他添加物。依化學組成推算，鋯英石約占30%，與Al2O3反應生成莫來石的體積效應的理論值應為?V+9.3%。按Claussen的試驗估算為+3.4%。這是該產品強度偏低(14?16MPa)和顯氣孔率較高(15%?23%)的主要原因。

由于在反應燒結過程中產生較大的收縮-膨脹效應，導致坯體變形和裂紋，所得燒結材料只能當做半成品-預合成鋯莫來石骨料用。將其破碎、成形和燒成，始得以莫來石和斜鋯石為主晶相(含少量玻璃相)的燒結AZS制品。若配以燒結(或電熔)剛玉，可得三相制品。

為了使反應完全和玻璃相含量不超過5%,Al2O3與ZrSiO4的摩爾比應不小于1.5。有時還加入一定量的高嶺土，加入的量應該符合莫來石的組成。

燒結AZS磚的顯微結構特征是細小的(10μm以下)斜鋯石微粒均勻地分散在主晶相莫來石和剛玉間，形成致密的結晶網絡，含玻璃相少。它有一定量的氣孔(氣孔率小于20%)，但是沒有液相滲出現(xiàn)象。與電熔AZS磚相比，耐玻璃液侵蝕能力較差，但抗熱震性較好。

燒結鋯英石磚

在工業(yè)生產中，為了降低成本，提高經濟效益，已經廣泛采用價廉物美的鋯英石原料來制造燒結鋯英石磚。鋯英石(ZrSiO4)的結晶成正方晶系，晶形通常呈四角柱狀。顏色有紅紫、褐、黃、灰色等。鋯英石的理論組成為ZrO2:67.23%，SiO2:32.77%。鋯英石的熔點為2420℃，密度4.6~4.7g/cm3,莫氏硬度為7.5。

用于制造鋯英石磚的鋯英石原料，要求其純度達98%~99%，其中ZrO2的含量應大于63%，雜質含量越低越好。制造制品時，先將純凈的鋯英石細粉壓成坯塊，在1600℃左右煅燒，然后破粉碎、成型，終燒成。鋯英石自1540℃開始緩慢離解，從1750℃起離解迅速，到1870℃時，離解量達到95%，離解產物為單斜結晶的氧化鋯和二氧化硅玻璃。伴隨離解的進行，氧化鋯的變體膨脹也逐漸變得顯著。由于這個特點，鋯英石磚的終燒成溫度不超過1600℃。根據(jù)鋯英石坯體在燒成過程中的體積變化，在600℃以下的升溫速度應緩慢，以利于坯體中的水分和有機物質的排除;在600~1200℃之間，燒結尚未開始，升溫可加快。在1200~1500℃之間，坯體發(fā)生劇烈的收縮，因此升溫速度應緩慢。模壓法成型制造鋯英石磚時，需加入適當?shù)闹蹌┖偷V化劑。配料一例為：電熔鋯英石顆粒料40%，鋯英石砂40%，鋯英石粉20%，另加入少量的氟化物。用糊精作結合劑，在高壓下成型。

由于鋯英石的價格比氧化鋯低廉，并且容易獲得天然原料，在結構上不發(fā)生轉變，線膨脹系數(shù)低，抗熱震性也好，所以是一種很有使用價值的耐火材料。鋯英石磚可用作熔煉鉛、鉍等金屬及其合金的坩堝、鑄鋼盛鋼桶襯磚、水口磚以及熔化無堿玻璃的容器和熔池磚等。

燒結鋯莫來石磚

燒結鋯莫來石磚是采用工業(yè)氧化鋁和鋯英石精礦作為原料，通過反應燒結工藝，把ZrO2引入莫來石基質中制成的高性能耐火磚，其反應方程式為：3A12O3十2ZrSiO4→3 A12O3·2SiO2+2ZrO2莫來石陶瓷具有很多良的特性，如耐高溫，抗熱震性，抗高溫蠕變及化學穩(wěn)定性好等良性能。將ZrO2引入莫來石陶瓷中，利用ZrO2的相變增韌可以較大幅度地提高莫來石材料的高溫力學性能。ZrO2對莫來石材料有促進燒結作用，ZrO2的加入，由于其低熔物的產生或空位的形成可以加速ZrO2材料的致密化燒結過程，當ZrO2的摩爾分數(shù)為30％時，在1530℃燒成的坯體其相對體積密度達98％，強度達到378MPa韌性達到4.3MPa·m1/2。不同組成的ZrO2材料，其強韌化機制不同。ZrO2的體積分數(shù)為15％--30％時，ZrO2材料以應力誘導相變增韌為主；ZrO2的體積分數(shù)大于30％時，ZTM材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粉末的粒徑對ZrO2材料的力學性能有很大的影響。ZrO2粒徑較大，ZTM材料基體中Z鼢大部分以m—ZrO2形式存在，材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粒徑較小時，ZTM材料中t-ZrO3的相對含量較高，材料力學性能的提高主要源于t-ZrO3的相變增韌。生產燒結鋯莫來石磚有兩種生產工藝：其一是在制耐火磚過程中完成反應燒結，得到相變完全的顯微結構；其二是部分相變而維持非平衡的相組合。兩種生產工藝各有特色，都能生產出性能良的耐火磚。在工業(yè)生產中，為了降低耐火磚價格，往往使用高鋁礬土來替代工業(yè)氧化鋁，生產含鋯的莫來石磚。

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